想成為嵌入式程序員應(yīng)知道的0x10個(gè)基本問題
從被面試者的角度來講,你能了解許多關(guān)于出題者或監(jiān)考者的情況。這個(gè)測試只是出題者為顯示其對(duì)ANSI標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)的知識(shí)而不是技術(shù)技巧而設(shè)計(jì)嗎?這個(gè)愚蠢的問題嗎?如要你答出某個(gè)字符的ASCII值。這些問題著重考察你的系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)存分配策略方面的能力嗎?這標(biāo)志著出題者也許花時(shí)間在微機(jī)上而不上在嵌入式系統(tǒng)上。如果上述任何問題的答案是"是"的話,那么我知道我得認(rèn)真考慮我是否應(yīng)該去做這份工作。
從面試者的角度來講,一個(gè)測試也許能從多方面揭示應(yīng)試者的素質(zhì):最基本的,你能了解應(yīng)試者C語言的水平。不管怎么樣,看一下這人如何回答他不會(huì)的問題也是滿有趣。應(yīng)試者是以好的直覺做出明智的選擇,還是只是瞎蒙呢?當(dāng)應(yīng)試者在某個(gè)問題上卡住時(shí)是找借口呢,還是表現(xiàn)出對(duì)問題的真正的好奇心,把這看成學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)呢?我發(fā)現(xiàn)這些信息與他們的測試成績一樣有用。
有了這些想法,我決定出一些真正針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的考題,希望這些令人頭痛的考題能給正在找工作的人一點(diǎn)幫住。這些問題都是我這些年實(shí)際碰到的。其中有些題很難,但它們應(yīng)該都能給你一點(diǎn)啟迪。
這個(gè)測試適于不同水平的應(yīng)試者,大多數(shù)初級(jí)水平的應(yīng)試者的成績會(huì)很差,經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員應(yīng)該有很好的成績。為了讓你能自己決定某些問題的偏好,每個(gè)問題沒有分配分?jǐn)?shù),如果選擇這些考題為你所用,請(qǐng)自行按你的意思分配分?jǐn)?shù)。
預(yù)處理器(Preprocessor)
1 . 用預(yù)處理指令#define 聲明一個(gè)常數(shù),用以表明1年中有多少秒(忽略閏年問題)
#define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL
我在這想看到幾件事情:
•; #define 語法的基本知識(shí)(例如:不能以分號(hào)結(jié)束,括號(hào)的使用,等等)
•; 懂得預(yù)處理器將為你計(jì)算常數(shù)表達(dá)式的值,因此,直接寫出你是如何計(jì)算一年中有多少秒而不是計(jì)算出實(shí)際的值,是更清晰而沒有代價(jià)的。
•; 意識(shí)到這個(gè)表達(dá)式將使一個(gè)16位機(jī)的整型數(shù)溢出-因此要用到長整型符號(hào)L,告訴編譯器這個(gè)常數(shù)是的長整型數(shù)。
•; 如果你在你的表達(dá)式中用到UL(表示無符號(hào)長整型),那么你有了一個(gè)好的起點(diǎn)。記住,第一印象很重要。
2 . 寫一個(gè)"標(biāo)準(zhǔn)"宏MIN ,這個(gè)宏輸入兩個(gè)參數(shù)并返回較小的一個(gè)。
#define MIN(A,B) ((A) <= (B) ? (A) : (B))
這個(gè)測試是為下面的目的而設(shè)的:
•; 標(biāo)識(shí)#define在宏中應(yīng)用的基本知識(shí)。這是很重要的,因?yàn)橹钡角度?inline)操作符變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)C的一部分,宏是方便產(chǎn)生嵌入代碼的唯一方法,對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說,為了能達(dá)到要求的性能,嵌入代碼經(jīng)常是必須的方法。
•; 三重條件操作符的知識(shí)。這個(gè)操作符存在C語言中的原因是它使得編譯器能產(chǎn)生比if-then-else更優(yōu)化的代碼,了解這個(gè)用法是很重要的。
•; 懂得在宏中小心地把參數(shù)用括號(hào)括起來
•; 我也用這個(gè)問題開始討論宏的副作用,例如:當(dāng)你寫下面的代碼時(shí)會(huì)發(fā)生什么事?
least = MIN(*p++, b);
3. 預(yù)處理器標(biāo)識(shí)#error的目的是什么?
如果你不知道答案,請(qǐng)看參考文獻(xiàn)1。這問題對(duì)區(qū)分一個(gè)正常的伙計(jì)和一個(gè)書呆子是很有用的。只有書呆子才會(huì)讀C語言課本的附錄去找出象這種問題的答案。當(dāng)然如果你不是在找一個(gè)書呆子,那么應(yīng)試者最好希望自己不要知道答案。
死循環(huán)(Infinite loops)
4. 嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常要用到無限循環(huán),你怎么樣用C編寫死循環(huán)呢?
這個(gè)問題用幾個(gè)解決方案。我首選的方案是:
while(1)
{
?}
一些程序員更喜歡如下方案:
for(;;)
{
?}
這個(gè)實(shí)現(xiàn)方式讓我為難,因?yàn)檫@個(gè)語法沒有確切表達(dá)到底怎么回事。如果一個(gè)應(yīng)試者給出這個(gè)作為方案,我將用這個(gè)作為一個(gè)機(jī)會(huì)去探究他們這樣做的基本原理。如果他們的基本答案是:"我被教著這樣做,但從沒有想到過為什么。"這會(huì)給我留下一個(gè)壞印象。
第三個(gè)方案是用 goto
Loop:
...
goto Loop;
應(yīng)試者如給出上面的方案,這說明或者他是一個(gè)匯編語言程序員(這也許是好事)或者他是一個(gè)想進(jìn)入新領(lǐng)域的BASIC/FORTRAN程序員。
數(shù)據(jù)聲明(Data declarations)
5. 用變量a給出下面的定義
a) 一個(gè)整型數(shù)(An integer)
b)一個(gè)指向整型數(shù)的指針( A pointer to an integer)
c)一個(gè)指向指針的的指針,它指向的指針是指向一個(gè)整型數(shù)( A pointer to a pointer to an intege)r
d)一個(gè)有10個(gè)整型數(shù)的數(shù)組( An array of 10 integers)
e) 一個(gè)有10個(gè)指針的數(shù)組,該指針是指向一個(gè)整型數(shù)的。(An array of 10 pointers to integers)
f) 一個(gè)指向有10個(gè)整型數(shù)數(shù)組的指針( A pointer to an array of 10 integers)
g) 一個(gè)指向函數(shù)的指針,該函數(shù)有一個(gè)整型參數(shù)并返回一個(gè)整型數(shù)(A pointer to a function that takes an integer as an argument and returns an integer)
h)一個(gè)有10個(gè)指針的數(shù)組,該指針指向一個(gè)函數(shù),該函數(shù)有一個(gè)整型參數(shù)并返回一個(gè)整型數(shù)( An array of ten pointers to functions that take an integer argument and return an integer )
答案是:
a) int a; // An integer
b) int *a; // A pointer to an integer
c) int **a; // A pointer to a pointer to an integer
d) int a[10]; // An array of 10 integers
e) int *a[10]; // An array of 10 pointers to integers
f) int (*a)[10]; // A pointer to an array of 10 integers
g) int (*a)(int); // A pointer to a function a that takes an integer argument and returns an integer
h) int (*a[10])(int); // An array of 10 pointers to functions that take an integer argument and return an integer
人們經(jīng)常聲稱這里有幾個(gè)問題是那種要翻一下書才能回答的問題,我同意這種說法。當(dāng)我寫這篇文章時(shí),為了確定語法的正確性,我的確查了一下書。但是當(dāng)我被面試的時(shí)候,我期望被問到這個(gè)問題(或者相近的問題)。因?yàn)樵诒幻嬖嚨倪@段時(shí)間里,我確定我知道這個(gè)問題的答案。應(yīng)試者如果不知道所有的答案(或至少大部分答案),那么也就沒有為這次面試做準(zhǔn)備,如果該面試者沒有為這次面試做準(zhǔn)備,那么他又能為什么出準(zhǔn)備呢?
Static
6. 關(guān)鍵字static的作用是什么?
這個(gè)簡單的問題很少有人能回答完全。在C語言中,關(guān)鍵字static有三個(gè)明顯的作用:
•; 在函數(shù)體,一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用過程中維持其值不變。
•; 在模塊內(nèi)(但在函數(shù)體外),一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內(nèi)所用函數(shù)訪問,但不能被模塊外其它函數(shù)訪問。它是一個(gè)本地的全局變量。
•; 在模塊內(nèi),一個(gè)被聲明為靜態(tài)的函數(shù)只可被這一模塊內(nèi)的其它函數(shù)調(diào)用。那就是,這個(gè)函數(shù)被限制在聲明它的模塊的本地范圍內(nèi)使用。
大多數(shù)應(yīng)試者能正確回答第一部分,一部分能正確回答第二部分,同是很少的人能懂得第三部分。這是一個(gè)應(yīng)試者的嚴(yán)重的缺點(diǎn),因?yàn)樗@然不懂得本地化數(shù)據(jù)和代碼范圍的好處和重要性。
Const
7.關(guān)鍵字const有什么含意?
我只要一聽到被面試者說:"const意味著常數(shù)",我就知道我正在和一個(gè)業(yè)余者打交道。去年Dan Saks已經(jīng)在他的文章里完全概括了const的所有用法,因此ESP(譯者:Embedded Systems Programming)的每一位讀者應(yīng)該非常熟悉const能做什么和不能做什么.如果你從沒有讀到那篇文章,只要能說出const意味著"只讀"就可以了。盡管這個(gè)答案不是完全的答案,但我接受它作為一個(gè)正確的答案。(如果你想知道更詳細(xì)的答案,仔細(xì)讀一下Saks的文章吧。)
如果應(yīng)試者能正確回答這個(gè)問題,我將問他一個(gè)附加的問題:
下面的聲明都是什么意思?
const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
/******/
前兩個(gè)的作用是一樣,a是一個(gè)常整型數(shù)。第三個(gè)意味著a是一個(gè)指向常整型數(shù)的指針(也就是,整型數(shù)是不可修改的,但指針可以)。第四個(gè)意思a是一個(gè)指向整型數(shù)的常指針(也就是說,指針指向的整型數(shù)是可以修改的,但指針是不可修改的)。最后一個(gè)意味著a是一個(gè)指向常整型數(shù)的常指針(也就是說,指針指向的整型數(shù)是不可修改的,同時(shí)指針也是不可修改的)。如果應(yīng)試者能正確回答這些問題,那么他就給我留下了一個(gè)好印象。順帶提一句,也許你可能會(huì)問,即使不用關(guān)鍵字const,也還是能很容易寫出功能正確的程序,那么我為什么還要如此看重關(guān)鍵字const呢?我也如下的幾下理由:
•; 關(guān)鍵字const的作用是為給讀你代碼的人傳達(dá)非常有用的信息,實(shí)際上,聲明一個(gè)參數(shù)為常量是為了告訴了用戶這個(gè)參數(shù)的應(yīng)用目的。如果你曾花很多時(shí)間清理其它人留下的垃圾,你就會(huì)很快學(xué)會(huì)感謝這點(diǎn)多余的信息。(當(dāng)然,懂得用const的程序員很少會(huì)留下的垃圾讓別人來清理的。)
•; 通過給優(yōu)化器一些附加的信息,使用關(guān)鍵字const也許能產(chǎn)生更緊湊的代碼。
•; 合理地使用關(guān)鍵字const可以使編譯器很自然地保護(hù)那些不希望被改變的參數(shù),防止其被無意的代碼修改。簡而言之,這樣可以減少bug的出現(xiàn)。
Volatile
8. 關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個(gè)不同的例子。
一個(gè)定義為volatile的變量是說這變量可能會(huì)被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會(huì)去假設(shè)這個(gè)變量的值了。精確地說就是,優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值,而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個(gè)例子:
•; 并行設(shè)備的硬件寄存器(如:狀態(tài)寄存器)
•; 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)
•; 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
回答不出這個(gè)問題的人是不會(huì)被雇傭的。我認(rèn)為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問題。搞嵌入式的家伙們經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道,所有這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內(nèi)容將會(huì)帶來災(zāi)難。
假設(shè)被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑是否會(huì)是這樣),我將稍微深究一下,看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
•; 一個(gè)參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什么。
•; 一個(gè)指針可以是volatile 嗎?解釋為什么。
•; 下面的函數(shù)有什么錯(cuò)誤:
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案:
•; 是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因?yàn)樗赡鼙灰庀氩坏降馗淖儭K莄onst因?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。
•; 是的。盡管這并不很常見。一個(gè)例子是當(dāng)一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。
•; 這段代碼有點(diǎn)變態(tài)。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方,但是,由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數(shù),編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼:
int square(volatile int *ptr)
{
int a,b;
a = *ptr;
b = *ptr;
return a * b;
}
由于*ptr的值可能被意想不到地該變,因此a和b可能是不同的。結(jié)果,這段代碼可能返不是你所期望的平方值!正確的代碼如下:
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
位操作(Bit manipulation)
9. 嵌入式系統(tǒng)總是要用戶對(duì)變量或寄存器進(jìn)行位操作。給定一個(gè)整型變量a,寫兩段代碼,第一個(gè)設(shè)置a的bit 3,第二個(gè)清除a 的bit 3。在以上兩個(gè)操作中,要保持其它位不變。
對(duì)這個(gè)問題有三種基本的反應(yīng)
•; 不知道如何下手。該被面者從沒做過任何嵌入式系統(tǒng)的工作。
•; 用bit fields。Bit fields是被扔到C語言死角的東西,它保證你的代碼在不同編譯器之間是不可移植的,同時(shí)也保證了的你的代碼是不可重用的。我最近不幸看到Infineon為其較復(fù)雜的通信芯片寫的驅(qū)動(dòng)程序,它用到了bit fields因此完全對(duì)我無用,因?yàn)槲业木幾g器用其它的方式來實(shí)現(xiàn)bit fields的。從道德講:永遠(yuǎn)不要讓一個(gè)非嵌入式的家伙粘實(shí)際硬件的邊。
•; 用 #defines 和 bit masks 操作。這是一個(gè)有極高可移植性的方法,是應(yīng)該被用到的方法。最佳的解決方案如下:
#define BIT3 (0x1 << 3)
static int a;
void set_bit3(void) {
a |= BIT3;
}
void clear_bit3(void) {
a &= ~BIT3;
}
一些人喜歡為設(shè)置和清除值而定義一個(gè)掩碼同時(shí)定義一些說明常數(shù),這也是可以接受的。我希望看到幾個(gè)要點(diǎn):說明常數(shù)、|=和&=~操作。
訪問固定的內(nèi)存位置(Accessing fixed memory locations)
10. 嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常具有要求程序員去訪問某特定的內(nèi)存位置的特點(diǎn)。在某工程中,要求設(shè)置一絕對(duì)地址為0x67a9的整型變量的值為0xaa66。編譯器是一個(gè)純粹的ANSI編譯器。寫代碼去完成這一任務(wù)。
這一問題測試你是否知道為了訪問一絕對(duì)地址把一個(gè)整型數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換(typecast)為一指針是合法的。這一問題的實(shí)現(xiàn)方式隨著個(gè)人風(fēng)格不同而不同。典型的類似代碼如下:
int *ptr;
ptr = (int *)0x67a9;
*ptr = 0xaa55;
A more obscure approach is:
一個(gè)較晦澀的方法是:
*(int * const)(0x67a9) = 0xaa55;
即使你的品味更接近第二種方案,但我建議你在面試時(shí)使用第一種方案。
中斷(Interrupts)
11. 中斷是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分,這導(dǎo)致了很多編譯開發(fā)商提供一種擴(kuò)展—讓標(biāo)準(zhǔn)C支持中斷。具代表事實(shí)是,產(chǎn)生了一個(gè)新的關(guān)鍵字__interrupt。下面的代碼就使用了__interrupt關(guān)鍵字去定義了一個(gè)中斷服務(wù)子程序(ISR),請(qǐng)?jiān)u論一下這段代碼的。
__interrupt double compute_area (double radius)
{
double area = PI * radius * radius;
printf("nArea = %f", area);
return area;
}
這個(gè)函數(shù)有太多的錯(cuò)誤了,以至讓人不知從何說起了:
•; ISR 不能返回一個(gè)值。如果你不懂這個(gè),那么你不會(huì)被雇用的。
•; ISR 不能傳遞參數(shù)。如果你沒有看到這一點(diǎn),你被雇用的機(jī)會(huì)等同第一項(xiàng)。
•; 在許多的處理器/編譯器中,浮點(diǎn)一般都是不可重入的。有些處理器/編譯器需要讓額處的寄存器入棧,有些處理器/編譯器就是不允許在ISR中做浮點(diǎn)運(yùn)算。此外,ISR應(yīng)該是短而有效率的,在ISR中做浮點(diǎn)運(yùn)算是不明智的。
•; 與第三點(diǎn)一脈相承,printf()經(jīng)常有重入和性能上的問題。如果你丟掉了第三和第四點(diǎn),我不會(huì)太為難你的。不用說,如果你能得到后兩點(diǎn),那么你的被雇用前景越來越光明了。
*****
代碼例子(Code examples)
12 . 下面的代碼輸出是什么,為什么?
void foo(void)
{
unsigned int a = 6;
int b = -20;
(a+b > 6) ? puts("> 6") : puts("<= 6");
}
這個(gè)問題測試你是否懂得C語言中的整數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換原則,我發(fā)現(xiàn)有些開發(fā)者懂得極少這些東西。不管如何,這無符號(hào)整型問題的答案是輸出是 ">6"。原因是當(dāng)表達(dá)式中存在有符號(hào)類型和無符號(hào)類型時(shí)所有的操作數(shù)都自動(dòng)轉(zhuǎn)換為無符號(hào)類型。 因此-20變成了一個(gè)非常大的正整數(shù),所以該表達(dá)式計(jì)算出的結(jié)果大于6。這一點(diǎn)對(duì)于應(yīng)當(dāng)頻繁用到無符號(hào)數(shù)據(jù)類型的嵌入式系統(tǒng)來說是豐常重要的。如果你答錯(cuò)了這個(gè)問題,你也就到了得不到這份工作的邊緣。
13. 評(píng)價(jià)下面的代碼片斷:
unsigned int zero = 0;
unsigned int compzero = 0xFFFF;
/*1's complement of zero */
對(duì)于一個(gè)int型不是16位的處理器為說,上面的代碼是不正確的。應(yīng)編寫如下:
unsigned int compzero = ~0;
這一問題真正能揭露出應(yīng)試者是否懂得處理器字長的重要性。在我的經(jīng)驗(yàn)里,好的嵌入式程序員非常準(zhǔn)確地明白硬件的細(xì)節(jié)和它的局限,然而PC機(jī)程序往往把硬件作為一個(gè)無法避免的煩惱。
到了這個(gè)階段,應(yīng)試者或者完全垂頭喪氣了或者信心滿滿志在必得。如果顯然應(yīng)試者不是很好,那么這個(gè)測試就在這里結(jié)束了。但如果顯然應(yīng)試者做得不錯(cuò),那么我就扔出下面的追加問題,這些問題是比較難的,我想僅僅非常優(yōu)秀的應(yīng)試者能做得不錯(cuò)。提出這些問題,我希望更多看到應(yīng)試者應(yīng)付問題的方法,而不是答案。不管如何,你就當(dāng)是這個(gè)娛樂吧...
動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配(Dynamic memory allocation)
14. 盡管不像非嵌入式計(jì)算機(jī)那么常見,嵌入式系統(tǒng)還是有從堆(heap)中動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的過程的。那么嵌入式系統(tǒng)中,動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存可能發(fā)生的問題是什么?
這里,我期望應(yīng)試者能提到內(nèi)存碎片,碎片收集的問題,變量的持行時(shí)間等等。這個(gè)主題已經(jīng)在ESP雜志中被廣泛地討論過了(主要是 P.J. Plauger, 他的解釋遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我這里能提到的任何解釋),所有回過頭看一下這些雜志吧!讓應(yīng)試者進(jìn)入一種虛假的安全感覺后,我拿出這么一個(gè)小節(jié)目:
下面的代碼片段的輸出是什么,為什么?
char *ptr;
if ((ptr = (char *)malloc(0)) ==
NULL)
else
puts("Got a null pointer");
puts("Got a valid pointer");
這是一個(gè)有趣的問題。最近在我的一個(gè)同事不經(jīng)意把0值傳給了函數(shù)malloc,得到了一個(gè)合法的指針之后,我才想到這個(gè)問題。這就是上面的代碼,該代碼的輸出是"Got a valid pointer"。我用這個(gè)來開始討論這樣的一問題,看看被面試者是否想到庫例程這樣做是正確。得到正確的答案固然重要,但解決問題的方法和你做決定的基本原理更重要些。
Typedef
:
15 Typedef 在C語言中頻繁用以聲明一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)類型的同義字。也可以用預(yù)處理器做類似的事。例如,思考一下下面的例子:
#define dPS struct s *
typedef struct s * tPS;
以上兩種情況的意圖都是要定義dPS 和 tPS 作為一個(gè)指向結(jié)構(gòu)s指針。哪種方法更好呢?(如果有的話)為什么?
這是一個(gè)非常微妙的問題,任何人答對(duì)這個(gè)問題(正當(dāng)?shù)脑颍┦菓?yīng)當(dāng)被恭喜的。答案是:typedef更好。思考下面的例子:
dPS p1,p2;
tPS p3,p4;
第一個(gè)擴(kuò)展為
struct s * p1, p2;
.
上面的代碼定義p1為一個(gè)指向結(jié)構(gòu)的指,p2為一個(gè)實(shí)際的結(jié)構(gòu),這也許不是你想要的。第二個(gè)例子正確地定義了p3 和p4 兩個(gè)指針。
晦澀的語法
16 . C語言同意一些令人震驚的結(jié)構(gòu),下面的結(jié)構(gòu)是合法的嗎,如果是它做些什么?
int a = 5, b = 7, c;
c = a+++b;
這個(gè)問題將做為這個(gè)測驗(yàn)的一個(gè)愉快的結(jié)尾。不管你相不相信,上面的例子是完全合乎語法的。問題是編譯器如何處理它?水平不高的編譯作者實(shí)際上會(huì)爭論這個(gè)問題,根據(jù)最處理原則,編譯器應(yīng)當(dāng)能處理盡可能所有合法的用法。因此,上面的代碼被處理成:
c = a++ + b;
因此, 這段代碼持行后a = 6, b = 7, c = 12。
評(píng)論